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图像传感器推动工业4.0的关键进展 发布日期:【2019-03-28】 / 浏览次数:【18】次
随着制 造业自动化的最新趋势推动工业4.0“智能工厂”的采用,需要对 视觉系统进行持续改进变得至关重要。然而,要推动 这种不断提高的自动化和控制水平,也必须 推进使这些系统发挥效用的器件-包括用 于工业视觉摄像机的图像传感器,才能使 这互联的未来成为可能。对于任何给定的器件,这些进 展的范围最终将在整个数据表中体现,所涉及 的高水平趋势可以分为几个主要领域。


在几乎 每一个成像应用中,改进的 成像能力通常与提高分辨率的需求密切相关——提供更 多的像素到物体上以更好地解决其特征。对于图像传感器,可以通 过减小像素尺寸(以给定 的光学格式实现更高分辨率)或转向 更大的器件来满足这种需求。但是对 于工业成像而言,这种朝 向更高分辨率发展的趋势需要保留(甚或提高)器件的帧速率。因此,除了更 高的分辨率之外,图像传 感器还需要提供增加的带宽——芯片每秒的数据量,以提高 图像分辨率而不减慢生产线速度。重要的 一点是随着计算机接口(如USB 3.1、10GigE等)的速度不断增加,图像传 感器的带宽在整个系统的数据流中不构成数据瓶颈。


推动实施工业4.0的一个关键因素,是通过 在整个工厂楼层部署智能摄像机,嵌入式 成像技术的兴起。然而,要想获得高效率,这些嵌 入式摄像机必须是紧凑的,以最小的功耗工作,而且成本低-通过从 多方面选择用于摄像机设计的图像传感器,使这些因素成为可能。

例如,实现紧凑的摄像机,不仅要 使用小像素图像传感器,还要将 实施一个完整摄像机设计所需的支持电路最小化的架构。通过对 图像传感器使用低压输出,可降低功耗,这使得 在整个摄像机设计过程中都使用低功耗器件成为可能,而且通 过在图像传感器设计中明智的选择,可以控制成本-不仅对于图像传感器,还对于 摄像机的整个物料单。


此外,虽然一 些工业应用需要目前只有CCD图像传 感器才能提供的关键图像质量和图像均匀性,但由于CMOS图像传 感器具有扩展的特征集(包括高数据带宽),当今许 多工业成像应用通常依赖CMOS图像传感器。虽然对于许多应用,这些CMOS器件提 供的图像质量已经足够了,但仍有 提高整体图像质量的可能,特别是 在通过减少固定模式噪声来实现图像均匀性等领域。


为了实现这些进步,图像传 感器供应商不仅需要专为工业市场开发的技术,还需要 为其它类似的成像市场开发的技术。最初为 汽车和安防成像而开发的高动态范围(HDR)设计可 以适用于工业视觉,以便在 可能无法很好控制照明的情况下提高成像能力。最初为 汽车或消费电子市场设计的小像素架构,可以直接被采用,也可以 扩大到更大的格式,以提供 更大的像素全井容量。(这种技 术可利用到两个方向-为工业 视觉开发的全局快门像素架构也可以转向用于其它类似的应用中。)此外,3D TOF、多光谱 和高光谱成像等新兴技术的使用将随着这些技术的成像能力与所需的更大处理能力相一致而继续扩大以充分利用。

虽然所 有这些图像传感器趋势-增加的带宽、更支持 嵌入式视觉系统、提高图 像质量和均匀性以及技术的平衡利用-都可以归为“提高的性能”,但每一 种趋势都对工业视觉系统的继续采用及其向未来的“智能工厂”的扩展 产生单独而重要的影响。随着制 造业所使用的自动化和系统智能水平不断提高,视觉系统-以及使 其发挥效用的图像传感器-将继续 在这些技术的实施中发挥至关重要的作用。

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